Hydromorfologisk modellering av risk för

Fakta 2015:13
Stranderosion. Foto: AquaBiota.
Hydromorfologisk modellering
av risk för båtinducerad stranderosion i Stockholms skärgård
Publiceringsdatum
2015-04-21
Kontaktpersoner
Sonja Råberg
Avdelningen för miljö
Telefon: 010-223 10 00
[email protected]
Under 2014 fick AquaBiota uppdraget från Länsstyrelsen i Stockholm att klassa
länets 130 kustvattenförekomster med avseende på parametern ”vågregim” som
ingår i kvalitetsfaktorn ”hydrografiska villkor”.
AquaBiota har utvecklat två modeller för beräkning av vågregim och dess
avvikelser från referensförhållandena (svall- och avsänkningseffekter). Man har
verifierat modellernas tillförlitlighet via fältinventeringar av skador på stranden
och vassruggar.
Resultaten ger en första indikation på omfattningen av potentiellt påverkade
strandlinjer och utgör ett första försök att klassa hydromorfologi i länets
kustvatten enligt vattendirektivet.
–2–
Förord
Enligt EU:s vattendirektiv (2000/60/EG) ska bedömningarna av ekologisk
status hos förekomster av ytvatten (inklusive kustvatten) vila på tre olika
kvalitetsfaktorer; biologiska, fysikaliska-kemiska och hydromorfologiska.
De hydromorfologiska kvalitetsfaktorerna är uppdelade i tre områden:
Konnektivitet, hydrografiska villkor och morfologiskt tillstånd. Fysiska
förändringar avseende dessa områden kan leda till ändrade livsbetingelser
för såväl vattenlevande som landlevande organismer i eller i närheten av
vattenförekomster.
För kustvatten har man tidigare inte kunnat klassa de hydromorfologiska
kvalitetsfaktorerna, eftersom det saknades metoder för att bedöma de
ingående parametrarna. Under 2014 utförde Länsstyrelsen i Gävleborg,
tillsammans med Folkuniversitet, en analys av kustvatten med hjälp av GIS
(Geografiska Informationssystem) som ett första steg att klassa en av tre
ingående parametrar i kvalitetsfaktorn ”morfologiskt tillstånd”.
Denna rapport presenterar Sveriges andra försök till klassning av
hydromorfologi i kustvatten. Under 2014 fick AquaBiota uppdraget från
Länsstyrelsen i Stockholm att klassa länets 130 kustvattenförekomster med
avseende på parametern ”vågregim” som ingår i kvalitetsfaktorn
”hydrografiska villkor”. AquaBiota har utvecklat två modeller för beräkning
av vågregim och dess avvikelser från referensförhållandena (svall- och
avsänkningseffekter). Man har verifierat modellernas tillförlitlighet via
fältinventeringar av skador på stranden och vassruggar.
Totalt erhölls svall- och avsänkningsvärden i 83 av Stockholms läns 130
kustvattenförekomsterna. Bedömningen av dessa 83 visade att 38 hade hög
eller god hydromorfologisk status, 22 hade måttlig status, 20 hade otillfredsställande status och 3 hade dålig status. AquaBiota har tagit fram kartor som
visar omfattningen av potentiell påverkan från erosion orsakad av båtar och
fartyg, och vilka strandlinjer som är utsatta.
Resultaten ger en första indikation på omfattningen av potentiellt påverkade
strandlinjer och utgör ett första försök att klassa hydromorfologi i länets
kustvatten enligt vattendirektivet.
Stockholm april 2015
Cathy Hill
Enhetschef Miljöanalysenheten
–3–
–4–
Innehållsförteckning
Förord ............................................................................................. 3
Innehållsförteckning...................................................................... 5
Sammanfattning............................................................................. 7
Inledning .......................................................................................................... 7
Bakgrund ................................................................................................................ 7
Syfte, angreppssätt och mål ................................................................................. 9
Begränsningar ....................................................................................................... 9
Material och metoder ...................................................................................... 9
AIS och farleder ..................................................................................................... 9
Fältarbete.............................................................................................................. 10
Modellutveckling .................................................................................................. 13
Svallmodell ........................................................................................................... 14
Avsänkningsmodell ............................................................................................. 15
Naturlig vågexponering ....................................................................................... 17
Analyser................................................................................................................ 18
Resultat och Diskussion .............................................................................. 19
Översikt ................................................................................................................ 19
Verifiering av vågmodeller .................................................................................. 20
Kalibrering till gemensam skala ......................................................................... 21
Resulterande kartor ............................................................................................. 22
Fortsatt arbete ............................................................................................... 28
Referenser ..................................................................................................... 29
BILAGA 1 ....................................................................................................... 32
BILAGA 2 ....................................................................................................... 33
–5–
–6–
Sammanfattning
Metoder för beräkning av hydromorfologiska kvalitetsfaktorer hos
kustvattenförekomster har tidigare saknats. I denna rapport har två modeller
för beräkning av vågregim och dess avvikelse från referensförhållanden
utvecklats. Modellerna ger ett mått på potentiell risk för stranderosion
utgående från svall- och avsänkningseffekter från kommersiell båttrafik.
Modellernas tillförlitlighet verifierades via fältinventeringar av skador på
stranden och vassruggar. Båda modellerna kunde framgångsrikt separera
olika typer av skador.
Befintlig modell av naturlig vågexponering användes för att avgränsa de
områden som utpekats som potentiellt känsliga för båtinducerad
stranderosion.
De modellerade värdena för potentiellt erosionspåverkade stränder användes
för bedömning av hydromorfologisk status. Av Stockholms läns 130
kustvattenförekomster bedömdes 38 vara av hög eller god status, 22 av
måttlig, 20 av otillfredsställande och 3 av dålig status. Resultaten bör ses
som en första indikation på omfattningen av potentiellt påverkad strandlinje.
För en säkrare skattning krävs förbättrade, heltäckande, substratbedömningar
av strandlinjen. Resultaten av projektet är utöver föreliggande rapport också
GIS-filer som har levererats separat till ansvarig handläggare på
myndigheten.
Inledning
Bakgrund
Enligt ramdirektivet för vatten (2000/60/EG) ska bedömningar av ekologisk
status hos ytvattenförekomster vila på biologiska, fysikalisk-kemiska och
hydromorfologiska kvalitetsfaktorer. Gällande kustvatten och vatten i
övergångszon har det saknats metoder för att beskriva de hydrografiska
villkoren som beskriver tillståndet i en ytvattenförekomst (HVMFS
2013:19). De hydrografiska villkoren, vilket motsvarar hydrologisk regim i
sjöar och vattendrag, beskrivs av tidvattenmönster, dominerande strömmars
riktning och styrka samt vågregim i relation till referensförhållandet
(HVMFS 2013:19, Bilaga 3, Kap 9). För att kunna bedöma status för
kustvattenförekomster krävs således möjligheten att dels beskriva vilken
vågregim, d.v.s. vågors riktning, våglängd, våghöjd och exponering, som
gäller under referensförhållanden samt dels hur, och i vilken omfattning, en
vågregim väsentligt avviker från referensförhållandet på grund av mänsklig
verksamhet.
Stockholms skärgård har kraftigt förändrats sedan mitten av 1900-talet.
Sedan 60-talet har andelen strand utan bryggor minskat från 80 % till mindre
–7–
än 60 % år 2005, och exploateringstakten är accelererande (Sundblad &
Bergström 2014). Även om passagerarbåtstrafiken har varit omfattande
sedan förra seklets första hälft har storleken på fartygen ständigt ökat
(Collinder 1954 c.f. Granath 1992). Utöver småbåtstrafik och mellanstora
passagerarbåtar är idag även de så kallade finlandsfärjorna ett vanligt inslag i
skärgården. Problem med stranderosion uppmärksammades sedan
färjetrafiken mellan Finland och Sverige kraftigt ökade under 1980-talet
(Granath 2004, Lindfors 2010). Omfattande inventeringar och karteringar av
farledsstränders beskaffenhet och skador har tidigare genomförts av Lars
Granath (Granath 1992, 2004, 2007, 2013). Erosionen av stränderna har
varierat över tid. Jämfört med inventeringar från 1990 visade uppföljande
studier år 2000 att erosionen i många fall avstannat, troligen som en effekt
av att en fartreglering infördes 1994, för att återigen öka i omfattning 2013
(Granath 2004, 2013). Troligen har ökningen flera orsaker. Dels har
storleken på fartyg ökat och dels tog Waxholmsbolaget en helt ny
skärgårdsflotta i bruk under 1990-talet, bestående av fem stycken
lättmetallbåtar, de så kallade V-båtarna. Sedan dess har ytterligare en
generation skärgårdsbåtar tagits i bruk, bestående av fem isgående fartyg.
Problem med kraftig erosion är framförallt koncentrerad till vissa känsliga
passager, inte minst mellan Nykvarnsholmen och Staboudd (Boström 2012),
men omfattande erosion har också noterats i mellanskärgården i anslutning
till skärgårdstrafiken (Lindfors 2010).
Vågor och andra vattenrörelser associerade med fartyg är ett välstuderat fält
och det finns ett flertal matematiska modeller rörande vågteori och
hydrodynamiska fenomen (t.ex. Nam m.fl. 2009, Nanson m.fl. 2006).
Effekter av fartygstrafik inkluderar artificiell uppvällning via ökat utbyte av
botten- och ytvatten, ökad grumling samt sedimentpåverkan (Lindholm m.fl.
2001). Eroderande effekter på stranden är väldokumenterade i Stockholms
skärgård (t.ex. Daleke m.fl. 1989, Granath 2004, 2007, Lindfors 2010,
Granath 2013), och passagerarfärjor påverkar både vegetationens och det
juvenila fisksamhällets sammansättning på ett i många fall oönskat sätt
(Eriksson m.fl. 2004, Sandström m.fl. 2005, Sundblad & Bergström 2014).
Trots belagda effekter är en svårighet i sammanhanget möjligheten att
applicera de visserligen omfattande teoretiska beräkningarna gällande
vågformationer till praktiska karterande verktyg. Detta beror till stor del på
att de underliggande matematiska modellerna är framtagna under speciella
förenklade förhållanden som inte återspeglar verkliga situationer. Givet vissa
förenklingar borde det ändå vara fullt möjligt att utveckla verktyg som
balanserar relevant teori med praktiska begränsningar för att kvantifiera och
kartera potentiella effekter av fartygstrafik på ett kostnadseffektivt sätt (t.ex.
Numi 2012). Sådana metoder skulle ha stor betydelse, inte bara för
bedömning av ekologisk status, utan även för rumslig planering och andra
nationella åtaganden.
–8–
Syfte, angreppssätt och mål
Syftet med föreliggande projektrapport har varit att utveckla verktyg och
metoder för bedömning av hydromorfologiska kvalitetsfaktorer i kustvatten
och vatten i övergångszon i Stockholms län.
Projektet har haft ett flertal målsättningar. I ett första skede har två metoder
för kvantitativ rumslig skattning av relativ vågenergi på länsnivå utvecklats.
Den ena modellen har fokuserat på ytgående svallvågor medan den andra
modellen har simulerat avsänkningseffekten som uppstår då fartyg pressar
undan vattnet framför sig, och som sedan återvänder i samband med passage.
Verifiering av modellerna har skett genom jämförelse med en fältinventering
av skador på strandbrinken och i förekommande fall vassbälten. Även
fältmätningar av vågenergi har nyttjats. Målet var att kalibrera modellerna
till en gemensam skala, vilket dessvärre var svårt att genomföra. Däremot
har befintlig modell för naturlig vågexponering nyttjats i jämförelsen av
dominerande effekter på strandlinjen. Utgående från detta har målsättningen
varit att skapa heltäckande GIS-skikt som täcker Stockholms län och som
visualiserar den beräknade risken för erosion från naturliga faktorer, båt–
och fartygsinducerade krafter samt dessa totalt.
Begränsningar
Projektet har inte haft möjlighet att fullständigt kartera substrat och
jordartssammansättning längs länets kustlinjer. Framtagna modeller och
resultat ger således ett mått på potentiell erosionsrisk, vilket sedermera
påverkas av platsspecifika befintliga förutsättningar. Tidigare studier i ämnet
har nyttjat jordartskartor, men då dessa inte är gjorda i tillräckligt hög
upplösning har vi i detta projekt exkluderat deras användande.
Inte heller fritidbåtstrafik har inkluderats i denna studie, främst för att deras
omfattning kan anses vara begränsad (Granath 2004) samt att dess
omfattning är svår att kartera då majoriteten av fritidsbåtarna saknar AISutsändningar.
Erosionsskador är inte konstanta utan förändras över tid beroende på
mängden energi som tillförs stranden. Föreliggande projekt har fokuserat på
den rumsliga utbredningen av skador snarare än den temporala.
Bedömningen av skada var i vissa fall svår att göra, framförallt i
Furusundsområdet, då det kunde röra sig om en tidigare skada som nu
återigen är på väg mot ett jämviktsläge. Försök med att utesluta
svårkategoriserade stationer påverkade dock inte det huvudsakliga resultatet.
Material och metoder
AIS och farleder
För att kartlägga de vanligaste farlederna i skärgården beställdes AIS-data
(Automatic Identification System) från Sjöfartsverket. AIS är ett
transpondersystem som följer fartygens position kontinuerligt. Beroende på
–9–
hastighet och manöver sänds information ut med 2-10 sekunders intervall.
En mängd information ingår i utsändningen, utöver identitet anges fartygets
storlek, hastighet, bäring, djupgående m.m. Ett landbaserat nät av AISbasstationer gör att Sjöfartsverket kan logga alla trafikrörelser och specifika
uttag ur databasen kan göras i efterhand. För detta projekt hämtades alla
AIS-sändningar för fartygskategorierna odefinierad, N/A, HSC, passagerare
samt annan 1, inom Stockholms län under perioden 8-14 juli 2013. Detta
motsvarar högsäsongen för turfärjorna vilket bedömdes relevant för att
representera farlederna i skärgården. Totalt noterades 261 individuella fartyg
i AIS-urvalet. Av dessa var 75 relevanta, det vill säga används i passagerartrafik och har trafikerat skärgården. Det punktbaserade AIS-datat gjordes om
till separata linjer per båt och utgjorde därefter dragningen av farleder.
För området kring Himmerfjärden saknades det under den valda tidsperioden
trafik med AIS, varför farledens dragning i det området har baserats på
sjökort. Hastighetsbegränsningar för området lades manuellt till i enlighet
med Länsstyrelsen i Stockholms beslut (beteckning 2589-5840-2012).
Fältarbete
Syftet med fältarbetet var att samla in material för verifiering av
vågmodellerna, det vill säga att modellerna med framgång kan separera
ingen, liten respektive stor skada (Granath 2004), samt att möjliggöra en
kalibrering av vågmodellerna till en jämförbar skala.
För att kunna relatera de olika modellerade måtten på vågenergi behövdes
data från erosionsgradienter där en av de potentiella erosionskällorna
dominerar i taget. Samtidigt är det av intresse att återbesöka stationer från
tidigare inventeringar gjorda 1990 och 2000 (Granath 2004), samt från
stationer som nyligen återbesökts (Lindfors 2010). Tre områden provtogs
således, 1) farled trafikerad av båtar som primärt verkar via avsänkningseffekter, 2) farled som primärt trafikeras av båtar med mindre avsänkning
men stora svallvågor, samt 3) referensstationer utanför farled, från låg till
hög naturlig vågverkan (Fig. 1). Område 1 har besökts av Granath (2004,
2007), område 2 av Lindfors (2010) medan område 3 har utgjort
referensområde. Initialt slumpades 120 stationer ut per område, med
målsättningen att besöka minst 100. Det slutliga antalet stationer som i
praktiken besöktes i fält avvek marginellt från det utslumpade antalet (Tabell
1). Fältarbetet genomfördes den 22-25 april 2014 i område 1, i den 19-21
maj i område 2, och den 25 april-2 maj i område 3.
1
Fartygskategorier valdes i samråd med Sjöfartsverket för att tillse att alla potentiellt intressanta turfärjor
inkluderades. N/A = ingen fartygskategori specificerad. HSC = high speed craft.
– 10 –
Figur 1. Fältinventerade stationer uppdelat på tre områden, främst
påverkade av avsänkningseffekter (område 1), svallvågor (område 2) samt
ett referensområde med låg till hög naturlig vågexponering (område 3), samt
farleder utgående från AIS-data.
Fältdesign – val av stationer
Totalt återfann Granath (2004) skador (lätt, svår eller skador på vass) på
totalt 585 stationer av 252 mil inventerad strandlinje längs med Furusundsleden (inom 500m från farled). Inom detta projekt fanns inte medel för
fullständigt återbesök av dessa stationer, varför ett slumpmässigt stationsurval inom Furusundsleden prioriterades (Område 1, Fig. 1). Även om detta
område trafikeras av flertalet typer av fartyg har vi ansett det främst vara
påverkat av avsänkningseffekter (Granath 2013). Stationerna i Granath
(2004) hade noterats med skada antingen 1990 eller 2000, och fördelningen
mellan år och typer av skada i det slumpmässiga urvalet inför fältinsatsen
(n=120) motsvarade fördelningarna i det fulla materialet (n=585).
Ett område primärt påverkat av svallvågor (snarare än avsänkningseffekter),
inventerades nyligen av Lindfors (2010), där en fullständig kartering av hela
stranden genomfördes. Då föreliggande arbete bygger på stickprovsdesign
fördelades i stället stationer längs med stränderna genom ett slumpmässigt
urval (Område 2, Fig. 1).
Ett lika stort antal referensstationer, med låg intensitet i båttrafik, har
slumpmässigt placerats i en naturlig gradient av vågverkan (Område 3, Fig.
1). Notera att det i referensområdet fanns en farled som missades vid
– 11 –
Tabell 1. Antal stationer besökta i fält fördelade på område och bedömning
av skada totalt respektive antal stationer där vass förekom. Bedömning av
lätt respektive svår skada beskrivs i texten. Obestämbara stationer innefattar
lokaler där en bedömning inte var möjlig, exempelvis klipphällar. För utveckling av svallmodellen användes Svartsö- och Referensområdet och för
avsänkningsmodellen användes Furusund- och Referensområdet.
Totalt
Skadekategori
/ Delområde
Vass
Furusund
Svartsö
Referens
Furusund
Svartsö
Referens
Totalsumma
Ingen skada
3
31
46
0
11
16
80
Lätt skada
15
21
9
1
5
1
45
30
1
0
Svår skada
76
6
0
Obestämbar
13
30
25
Summa
107
88
80
82
68
31
17
17
275
slumpningen av stationer, vilket förklarar varför lätta skador noterades även i
referensområdet (Tabell 1).
Bedömning av erosionsskador
Bedömning av påverkad strand har följt tidigare inventeringar av Granath
(t.ex. 2004). Vid varje station bedömdes ingen, lätt och svår skada på
brinken där lätt skada motsvarar låg erosionsaktivitet och svår skada en hög
erosionsaktivitet. Gränsen för lätt och svår skada definierades som mindre
eller större än 50 cm hög erosionsbrink. Lätt skadade stationer innebär en
pågående materialsortering och, där tillämpligt, frispolade trädrötter. Svårt
skadade stationer har en mer vertikal brink och saknar helt vegetation
nedanför brinken. Vidare noterades skador på bestånd av vass. Vassbälten
som utsätts för erosion blir flikiga med tuvor av vass som med tiden kan
eroderas bort fullständigt.
Eftersom det lätt uppstår skillnader mellan personer vid subjektiva
bedömningar har följande åtgärder vidtagits. All fältpersonal gick i förväg
igenom tidigare rapporter med tillhörande bilder i syfte att samordna
bedömningarna. En person var genomgående med vid alla inventeringar.
Alla stationer har fotograferats och säkerheten i bedömningen av lätt,
respektive svår skada har delats in i en tre-gradig skala. Bildmaterialet från
alla stationer följdes även upp på kontoret för att ytterligare minska
skillnader i bedömningen.
Utöver den visuella bedömningen av skada användes dynamometrar för att
få ett relativt mått på energin i vattenrörelserna. Mätinstrumenten bestod av
en vertikal aluminiumstång, som vid mjukbotten trycktes/hamrades ner i
sedimenten och vid hårdbotten var fästa i en förankringstyngd på 0.6 m djup.
Efter förankring i sedimenten träddes ett pvc-rör över den vertikala aluminiumstången ner till 0.5 m från botten och 0.1 m från vattenytan. (Fig. 2).
– 12 –
På pvc-rören var dynamometrar med en flytkula i form av en innebandyboll
fästa. Dynamometrarna mätte krafter upp till 4.8 N med 1 decimals
noggrannhet.
Mätinstrumenten lades i vid besiktningen och hämtades upp vid ett senare
tillfälle. I de flesta fallen lades ett antal mätare ut längs med en längre
sträcka och samlades sedan in igen innan dagen var slut. I vissa fall låg
mätaren kvar över natten. Den genomsnittliga tiden som en mätare låg i
vattnet var 6 timmar och 10 min (minst = 2:13, max = 18:15, sd = 5:03, n =
166). Om en båt passerade utlagda mätare noterades båtens riktning, tid och
namn, varpå mätaren avlästes och togs upp. Vid totalt 15 stationer
identifierades det passerande fartyget.
Figur 2. Isättning av dynamometer för mätning av vågenergi i anslutning till
en station bedömd till svårt skadad i område 2, kring Svartsö.
Modellutveckling
För att heltäckande kartera potentiell påverkan av fartygstrafik på stranden
bedömdes två olika typer av modeller behövas. En modell som primärt
omfattar större fartygstyper, liknande Finlandsbåtarna, vilkas påverkan
främst uppstår genom vattenförflyttning. Vattenförflyttningen uppkommer
på grund av deplacementförflyttningar och avsänkning, vilket ger upphov till
så kallade Bernoullivågor (Granath 2007). Ur stranderosionssynpunkt är den
maximalt uppträdande strömhastigheten av störst intresse (Daleke m.fl.
1989). Därutöver behövdes en modell som primärt omfattar passagerarfärjor
vilkas påverkan främst består av svallvågor. Svallvågor är de ytvågor som
genereras av alla typer av båtar, och kan delas in i transversella och
divergerande. Transversella vågor uppträder som en dyning efter fartyget
och svallar således generellt inte in över stranden (Granath 2007).
Divergerande svallvågor, också kallat Kelvinvågor, är de vågor man
generellt ser slå in över stranden.
– 13 –
Svallmodell
Svallmodellen utgår från stranden och beräknar öppenhet och avstånd till
farled, samt tar även hänsyn till eventuella grundområden mellan strand och
farled vilka har en minskande effekt (Thomas 1986). Slutligen viktas värdet
efter olika fartygstyper baserat på energin i vågorna.
Modellen har körts utgående från fältstationerna samt från punkter som
placerats med 25 meters intervall längs med strandlinjen definierad enligt
sjökort. Från varje punkt strålas linjer ut med 4 graders intervall, totalt 90
linjer/punkt. Linjer utan kontakt med farled och linjer som hamnar på land
klipps bort. Linjerna klipps längs med farleden och varje punkts totala
avstånd till farleden (summan av längden från alla linjer med samma
ursprungspunkt) samt totala längden på 0-3 meters djup (summan av alla
segment på 0-3 meters djup) beräknas. Genom att subtrahera längden över
grundområden från totala längden beräknas längden över djupare områden.
Information om antalet linjer från punkt till farled (nlinjer), totala längden över
djupområden (längddjup) samt totala längden över grundområden (längdgrund)
används sedan för beräkning av ett svallindex (SI) per punkt, enligt följande
formel;
𝑆𝑆 =
𝑛𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙
�𝑙ä𝑛𝑛𝑛𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔 ∗ 10� + 𝑙ä𝑛𝑛𝑛𝑑𝑑𝑑𝑑
�
�
𝑛𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙
∗ 𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹
Där SI är det resulterande svallindexet. SI ökar då antalet linjer som har
kontakt med farleden ökar och minskar då den genomsnittliga längden per
linje ökar. Eftersom vi vill att indexet ska ta hänsyn till en bromsande effekt
av grundområden viktas längden över grunda områden 10 gånger mer än
längden över djupa områden vid beräkning av den genomsnittliga längden
(per punkt).
Vikten som läggs vid grundområden har en mindre betydelse än öppenheten
(antalet linjer) och det totala avståndet mellan punkten och farleden men kan
bidra till att bättre separera vissa strandsträckor. En faktor 10 för
grundområden baserades på Thomas (1986), som viktade den bromsande
effekten av grundområden tio gånger högre vid strandlinjen jämfört med
områden längre bort.
Bottnens bromsande effekt på vågen, via friktionskrafter, är omvänt
proportionellt mot djupet. Generellt minskar vågens storlek då djupet är
halva våglängden (t.ex. Thomas 1986). Det kritiska djupet som här använts,
3 m, baseras på mätningar av våglängder hos de så kallade V-båtarna
(Granath 2004). Den genomsnittliga våglängden har blivit uppmätt till cirka
8 meter, vilket indikerar att det vid 4 m djup uppstår en bromsande
friktionseffekt mot botten. Sjökortets 3 meterskurva, som är tilltagen med
marginal, har därför använts för att begränsa det kritiska djupet. Förhållandet
mellan det resulterande modellvärdet och avståndet mellan strand och farled
– 14 –
är genom ekvationens uppställning ett icke-linjärt avtagande i likhet med
faktiska mätningar av svallvågors avtagande kraft (Fig. 3 i Granath 1992).
Sammanfattningsvis kan svallindexet (SI) således anses ge ett relativt mått
på svallvågors potentiella kraft på en strandpunkt med avseende på
öppenhet, avstånd till farled samt eventuella grundområden däremellan.
Fartygstyp är ett sätt att beakta vilken typ av fartyg som trafikerar farleden
utanför en punkt och kan därigenom användas för att vikta SI. Om flera
fartygstyper trafikerar sträckan används typen med högst relativ energi.
Viktningen på fartygstyp baserades på en indelning från Waxholmsbolaget i
isgående och snabbgående fartyg relativt övrig passagertrafik, oftast med
mindre fartyg. Viktningen utgick från medelvärden av djupgående, längd,
bredd och hastighet för noterade fartyg enligt AIS-data och hemsidan
marinetraffic.com, vilket resulterade i att isgående fartyg beräknades ha tre
gånger större relativt energiinnehåll och snabbgående fartyg 3.5 gånger
större relativt energiinnehåll än övriga passagerfartyg. Detta värde motsvarar
ganska väl empiriska mätningar då vågenergi (mätt som våghöjd2 x
våglängd), har visats vara 3-4 gånger större hos Cinderella och V-båtar än
övriga passagerarfartyg (Granath 2004). Stationer längs med stränder där
isgående och/eller snabbgående fartyg passerar viktades således upp med
dessa värden. För stationer där både isgående och snabbgående passerar
användes det högsta värdet.
Avsänkningsmodell
Avsänkningsmodellen utgår från farleden och beräknar den rumsliga
spridningen av vattenyteförändringen som uppstår p.g.a. fartygens framfart.
När vattnet trängs undan av fartyget skapas ett högre tryck, och därmed en
höjning av vattenytan, framför fartyget. Skillnaden i tryck- och vattennivå
kring fartyget ger upphov till ett vågsystem (s.k. Bernoullivågor) som rör sig
sidledes ut från båten/farleden och som skapar en avsänkningseffekt (ibland
kallat för sug) i samband av varje båtpassage. Särskilt märkbar blir effekten
naturligtvis i trånga eller grunda passager.
Metoden som här använts för att uppskatta påverkan genom avsänkning är
kartografisk och utformad specifikt för att vara tillämparbar över stora
områden, såsom vattenområden av länsstorlek. Detta innebär att en rad
förenklingar måste göras i det komplexa samspelet mellan alla bidragande
faktorer.
Vi valde att uppskatta avsänkningseffekten utifrån en vattenståndshöjning
(tryckhöjning) enligt studien av Daleke m.fl. (1989), som estimerade höjden
vid fartygets stäv som proportionellt mot kvadraten av fartygets hastighet.
Daleke utvecklade sedan sin tryckhöjdsformel m.h.a. Bernoullis teorem till
ett uttryck för vattenytans sänkning i en idealiserad (friktionsfri) kanal med
rektangulärt tvärsnitt. Vi anammar detta angreppssätt men stannar vid
uttrycket för vattenståndshöjningen framför fartyget och använder detta som
utgångsvärdet längs med farleden:
– 15 –
𝐻𝐻𝐻𝐻𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓 =
𝑉 2 (𝐿 ∙ 𝐵 ∙ 𝑇)𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓
∗
,
2 ∙ 𝑔 (𝐿 ∙ 𝐵 ∙ 𝑇)𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟
där V är fartygshastigheten, g tyngdaccelerationen, B fartygsbredden, L
fartygslängden och T fartygets djupgående. Kvoten 𝑉 2 ⁄2 ∙ 𝑔 är hämtad från
Daleke m.fl. (1989) som ett uttryck för den maximala vattenståndshöjningen
i farleden under en fartygspassage. I formeln ingår även en viktning på
fartygstyp, baserad på den undanträngda vattenvolymen 𝐿 ∙ 𝐵 ∙ 𝑇.
Utgångspunkten för beräkningarna är ett länstäckande grid med pixelrutor
om 10 m x 10 m. Vattenpixlarna i detta grid har värdet noll, med undantag
för pixlarna utmed farleden, som ansatts med värden beräknade enligt
formeln ovan. Värdet från mitten på farleden sprids sedan iterativt, pixel för
pixel, tills effekten inte längre är märkbar. Höjdsignalen (utgångsvärdet)
avtar i båda riktningar ut från farleden med 5 % per pixelruta (dvs. värdet i
varje ny och tom pixel sätts som 0.95 x medelvärdet av redan fyllda
grannpixlar), så länge någon av dessa inte angränsar till land. Värdet på
avklingningsfaktorn är valt bland flera testade värden för att bäst stämma
överens med mätningar i fält, och för att bäst illustrera skillnaden mellan de
tre skadeklasserna (ingen, lätt resp. svår skada). Invid land (dvs. minst en
grannpixel är land) består istället höjdsignalen till 99 % av grannpixlarnas
medelvärde, i syfte att simulera signalens spridning runt t.ex. uddar och öar
(Fig. 3).
Figur 3. Detaljbild av spridningen av höjdsignalen (dH) från farleden. Notera
hur avsänkningseffekten böjer sig längs med stranden runt öar och uddar.
– 16 –
Våra beräkningar gjordes för de tre fartygstyperna: 1. Gods- och
transportfartyg, 2. Passagerarfartyg av typen ”typiska finlandsbåtar”, och 3.
Kryssningsfartyg av stor modell (Tabell 2). Grupperingen gjordes m.h.a.
fartygsmåtten längd, bredd och djupgående (L, B, och T), sammanställda
från AIS-data och marinetraffic.com för alla förekommande fartyg under
uttagsperioden. Påverkan beräknades med godstrafiken (typ 1) som
referenstyp (jämför formeln ovan).
För varje fartygstyp användes en egen farled baserad på AIS-data. Med var
och en av dessa farleder skapades tre separata beräkningsgriddar med
utgångsvärden för Hmax för varje pixel längs med respektive farled.
Hastigheten, V, varierade från pixel till pixel och beräknades utifrån AISdata som medelhastigheten för respektive fartygstyp, sammanställd för var
10:e meter av farleden. Höjdsignalens spridning simulerades sedan för varje
fartygstyp. Utifrån de tre resultatgridden skapades slutligen en komposit för
den vidare analysen, med maxvärdet av höjdsignalen (påverkan) i varje
pixel.
Tabell 2. Värden som ligger till grund för uppdelningen av båttrafiken i de tre
fartygstyperna ”Gods och transport”, ”Finlandsbåtar”, samt ”Kryssning” och
volymviktningen i våra beräkningar. Informationen är hämtad ur AIS-data för
studien och kompletterande med uppgifter från marinetraffic.com.
Dimensionsvärdena L, B, T avser medelvärden för alla förekommande fartyg
under perioden, och användes för volymviktning relativt fartygstyp 1.
Antal
båtar
Längd
(m)
Bredd
(m)
Djupgående
(m)
LxBxT
(m3)
Volymviktning
1. ”Gods och
transport”
9
177
26
6.4
30000
1.00
2. ”Finlandsbåtar”
30
198
29
6.7
40000
1.33
3. ”Kryssning”
6
278
34
8.2
78000
2.60
Fartygstyp
Naturlig vågexponering
Naturlig vågexponering kan beräknas med ett flertal metoder av varierande
komplexitet. De mest basala metoderna bygger på enkla kartografiska
samband medan de mest avancerade numeriska modellerna inbegriper ett
flertal fysiska processer och interaktioner (t.ex. Sundblad m.fl. 2014). Till
denna studie har vi använt en vind och stryklängdsbaserad modell kallad
’simplified wave model’ (SWM, Isaeus 2004). Utöver vind och stryklängd
inkluderar SWM diffraktion, det vill säga att vågor ”böjer” sig runt öar.
Metoden är välanvänd och har framgångsrikt använts för att beskriva
utbredningen av en rad arter och habitat i Skandinavien (t.ex. Westerbom &
Jattu 2006, Bekkby & Isæus, 2008, Bekkby m.fl. 2008, 2009, Florin m.fl.
2009, Sundblad m.fl. 2009, Snickars m.fl. 2010, Sundblad m.fl. 2011,
Bergström m.fl. 2013, Sundblad m.fl. 2014).
SWM körs i en hierarkisk ordning med ökande upplösning och resulterar i
en grid-fil med 25 meters upplösning. Indata till modellen består av
land/hav-griddar samt relevant vindinformation, ofta över en period av 5-10
– 17 –
år. För varje av 16 kompassriktningar beräknas stryklängden iterativt över
alla celler och tar samtidigt diffraktion i beaktning. Slutligen beräknas ett
medelvärde av alla riktningar, viktad efter vindförhållanden (se t.ex.
Wijkmark & Isaeus 2010 för detaljer).
Analyser
Verifiering av vågmodeller
Svall- och avsänkningsmodellen verifierades genom att undersöka hur
modellvärdena fördelades på inventerade skador av stranden, separat för
brink och vass. En fungerande modell förväntades resultera i högre värden
vid svår skada, intermediära värden vid liten skada och låga värden där ingen
skada noterats. Stationer där en bedömning inte kunnat göras uteslöts ur
analysen, exempelvis där stranden bestod av häll för skador på brinken och
stationer utan vass när skador på vass undersöktes. För verifiering av
svallmodellen användes endast stationer från Svartsö- och referensområdet
för att inte förväxla eventuell påverkan med avsänkningseffekter, och för
verifiering av avsänkningsmodellen användes stationer från Furusunds- och
referensområdet. Det bör dock noteras att av de 31 inventerade stationerna
längs med Furusundsleden där vass förekom bedömdes ingen station utan
skada, en (1) med lätt skada och resterade 30 till svår skada.
Skadekategorierna (ingen, lätt och svår skada) undersöktes med hjälp av en
enfaktors anova med modellvärdena som responsvariabel. Då det var
obalans i antal prover mellan skadenivåer visade visuell undersökning av
residualerna enstaka ”outliers”. Exempelvis återfanns en svår skada på vass i
en station som ej fått något SI-värde då stationen låg för långt ifrån farleden.
Modeller utan dessa stationer visade dock samma resultat varför endast de
fullständiga anovorna redovisas i det som följer.
Kalibrering till gemensam skala
Målsättningen var att få svall- och avsänkningsmodellen till en gemensam
skala genom omräkning till kraft (N). Initialt undersöktes relationen mellan
den uppmätta kraften och vågmodellernas beräkningar för alla stationer per
modellområde (inkl. referens). Givet den korta mättiden var dock, enligt
förväntan, det naturliga bruset för stort för en pålitlig skattning. Istället
användes de stationer där båtpassager noterats eftersom det då rör sig om en
direkt mätning av kraften i vattenrörelserna vid passage. Av de 15 stationer
där passerande båt säkert kunde identiferas var sju passager av relevans för
svallmodellen medan fem passager kunde nttjas för avsänkningsmodellen.
Tre stationer kunde inte nyttjas, två på grund av att dynamometrarna inte
fungerat och den tredje på grund av att båten inte var relevant för potentiell
avsänkningsinducerad stranderosion.
Klassificering av erosionsrisk
Svallmodellenresulterade i numeriska värden fördelade på punkter längs
med stranden medan avsänkningsmodellen resulterade i värden som en
– 18 –
kontinuerlig rasteryta. För att klassificera områden där risken för erosion är
hög behövdes ett brytvärde. Detta brytvärde beräknades genom analys av
modellernas förmåga att klassificera i fält observerad skada (lätt och svår
gemensamt) samt icke-skada på brinken. Brytvärdet valdes där modellen
maximerade andelen rätt i båda fallen. Metoden för att välja brytvärdet
motsvarar den som använts vid modellering av arters utbredning (Nyström
Sandman m.fl. 2013, sid 14), och erhålls genom att iterativt undersöka hur
andelen rätt skada och andelen rätt icke-skada förändras med varje tänkbart
brytvärde. Beroende på behov kan man justera brytvärdet. Exempelvis kan
brytvärdet sänkas, vilket skulle resultera i att större områden modelleras vara
utsatt för erosionsrisk, och modellen kommer då att ha en högre andel rätt
kategoriserade skador på bekostnad av andelen rätt kategoriserade ickeskador (eftersom flera sanna icke-skador då utpekas som utsatta för risk). Då
vi valt brytvärdet där andelen rätt klassad skada och rätt andel icke-skada
möts, viktas bådas dessa kategoriers betydelse lika.
Även för den naturliga vågexponeringen identifierades ett brytvärde.
Utgående från fotografier av substrat och vegetationssammansättning längs
strandlinjen delades stationerna i referensområdet (n=80, ej vass) in i en av
fem substratklasser (1. beväxt (gräs, buskar, träd), 2. grus/sand, 3. sten/grovt
grus, 4. block/stor sten, 5. häll/renspolad klippa). Substratet kunde inte
klassificeras på nio stationer då lutningen på stranden var för brant eller hade
modifierats så att naturliga förutsättningar inte längre var representerade.
Resultat och Diskussion
Översikt
Totalt noterades lätt eller svår erosionsskada på brinken i 46 % av de
fältundersökta stationerna och på 59 % av stationerna med vass (Tabell 3).
Fördelningen av observerade skador skiljde sig mellan områden. I
referensområdet observerades inga svåra skador och det fåtal lättare skador
som observerades låg alla intill den i slumpningen av fältstationer förbisedda
farleden. I Furusundsområdet dominerade någon form av skada på brinken
(85 % av stationerna) och all förekommande vass uppvisade skada (Tabell
1). Detta resultat var dock inte helt oväntat då stationsurvalet baserades på
tidigare skadeobservationer. I Svartsöområdet, där valet av stationer helt
baserats på slumpen, var 31 % av stationerna eroderade i brinken och 7 %
uppvisade skadad vass. Nästan en tredjedel eroderad strandlinje är en
dubblering jämfört med de 16 % som rapporterades av Lindfors (2010), som
genomförde en heltäckande inventering av 51 mil strand med samma
skadekategorier. Huruvida detta utgör en faktisk ökning eller beror på
skillnader i metodik har dock inte gått att fastslå.
– 19 –
Tabell 3. Andel stationer med skada fördelade på område och bedömning av
skada.
Brink
Skadekategori /
Delområde
Furusund
Vass
Svartsö
Summa
Furusund
Svartsö
89%
54%
71%
93%
99%
24%
11%
16%
1%
6%
1%
3%
7%
0%
30%
28%
1%
0%
11%
Ingen skada /
Obestämbar
15%
69%
Lätt skada
14%
Svår skada
71%
Ref.
Ref.
Summa
86%
Verifiering av vågmodeller
Svallmodell
Då det i referensområdet endast förekom en (1) station med svår skada på
vassen uteslöts denna station från analyserna, vilket resulterade i totalt 113
stationer för analyser av effekter på brinken och 34 stationer för analyser av
effekter på vass (Tabell 1).
Svallmodellens indexvärde (SI) förklarade skillnader i skadenivåer både på
brinken och i vassruggar (Figur 4). Skillnader i skadenivå på brinken var
statistiskt signifikant (F(2,110)=10.95, p=4.6e-05), och Tukeys posthoc test
visade att svår skada var skild från både lätt skada (p=0.0061) och från ingen
skada (p=7.0e-05), samt uppvisade en tendens till att ingen skada var skild
från lätt skada (p=0.082). Även lätta skador på vassen kunde förklaras av SI
(F(1,31)=11.19, p=0.002).
Figur 4. Svallmodellens indexvärden (SI) och standardfel per skadenivå för
erosionsskador på brinken och i vassen. Svårt skadad vass förekom på
endast 1 station, vilken är utesluten ur figuren.
Avsänkningsmodell
Totalt användes 140 stationer från Furusunds- och referensområdet för
analyser av skador på brinken (Tabell 1). De nio stationerna i referensområdet som uppvisade lätta skador uteslöts ur analysen då de låg utanför
det modellerade påverkansområdet för större fartyg med avsänkningseffekter
– 20 –
(kryssningsfartyg, finlandsbåtar och godsbåtar). För analyserna användes
maxvärdet för påverkan av de tre båttyperna.
Avsänkningsmodellens värden förklarade skillnader i skadenivåer på brinken
(Fig 5, F(2, 137)=89.88, p=2.2e-16), och Tukeys posthoc test visade att svår
skada var skild från både lätt skada (p=0.0018) och från ingen skada
(p=0.0e-05), samt att ingen skada var skild från lätt skada (p=0.0e-06).
Gällande vass var statistiska tester inte möjliga att genomföra då endast två
stationer klassats till lätt skada, och all vass utan skada låg utanför det
modellerade påverkansområdet (Fig 5).
Figur 5. Avsänkningsmodellens värden (dH) och standardfel (SE) per
skadenivå för erosionsskador på brinken och i vassen. Endast två stationer
med vass hade klassats till Lätt skada, vilket bedömdes för få för att beräkna
SE. All vass bedömd till Ingen skada återfanns i referensområdet utanför det
modellerade påverkansområdet.
Kalibrering till gemensam skala
Sambandet mellan svallmodellen (SI) och den uppmätta kraften (N) vid
fartygspassage var inte statistiskt signifikant vid den traditionella α=0.05
nivån men uppvisade en trend (Fig 6, F(1, 5)=4.80, p=0.080). Gällande
avsänkningsmodellen var det för få stationer med noterade passager av
relevanta färjor för att göra en analys. Den initiala planen att kalibrera
modellerna till en gemensam skala övergavs därmed.
Figur 6. Kraften (N), mätt med dynamo vid fartygspassage, som en funktion
av svallmodellens värden (SI).
– 21 –
Dessa resultat får dock ses som preliminära då vi bedömer det finnas goda
möjligheter till vidareutveckling och finjustering av modellerna om fler
direkta mätningar av vågenergi vid fartygspassage kan inhämtas. Framförallt
avsänkningsmodellen har goda möjligheter att appliceras på specifika fartyg
och hastigheter, vilket i förlängningen skulle möjliggöra mer detaljerade
analyser av befintliga och/eller tänkta farledsdragningar.
Resulterande kartor
Naturlig vågexponering
Genom att jämföra den naturliga vågexponeringen med substratklasserna i
referensområdet kunde ett brytvärde för naturlig vågexponering identifieras.
Över detta brytvärde kan risken för båtinducerad erosion anses vara relativt
låg då naturlig vågverkan redan bearbetat materialet så att det mest
lätteroderade materialet redan är omsorterat, vilket minskar risken för
båtinducerad erosion. Analysen visade att de finare substratklasserna 1 och 2
alla hade naturliga vågexponeringsvärden mindre än 20 000 m2s-1 medan alla
stationer med den svåreroderade substratklassen 5 hade naturliga
vågexponeringsvärden större än 20 000 m2s-1 (Fig. 7). Utgående från detta
har vi kategoriserat strandpunkter under brytvärdet som hög risk och värden
över brytvärdet som låg risk för båtinducerad erosion. Det bör noteras att
stränder under brytvärdet ändå kan bestå av svåreroderat material som inte
lätt påverkas av fartygseffekter, och att mer detaljerade jordartskartor för
strandlinjen skulle ytterligare förfina riskbedömningen.
Figur 7. Naturlig vågexponering (SWM) per substratklass i referensområdet.
Substratklasserna var 1 beväxt (gräs, buskar, träd), 2. grus/sand, 3.
sten/grovt grus, 4. block/stor sten, 5. häll/renspolad klippa. Ett brytvärde för
2 -1
SWM identifierades till 20 000 m s , över vilket risken för båtinducerad
erosion kan anses relativt låg.
– 22 –
Svallmodell
Svallmodellen resulterade i ett kontinuerligt värde för punkter var 25e meter
längs med strandlinjen. Generellt får stränder som ligger nära och utan
hinder till farleden högre värden medan mer avlägsna stationer erhåller lägre
värden (Fig. 8). Värden över brytvärdet för svallinducerad erosionsrisk
(>0.042 SI) klassades sedermera om till hög respektive låg risk beroende på
om den naturliga vågexponeringen var under eller över 20 000 m2s-1, enligt
ovan. Hög risk för svallinducerad erosion är således de strandpunkter som
har höga svallmodellvärden och låg naturlig vågexponering, medan låg risk
för svallinducerad erosion är de strandpunkter som har höga
svallmodellvärden och hög naturlig vågexponering.
Figur 8. Exempel på resultat från svallmodellen. Svallmodellen resulterar i
ett kontinuerligt värde som ökar med öppenhet och närhet till farleder. Större
punkter i orange och röd färg var större än brytvärdet (0.042) och indikerar
därmed områden som blivit bedömda att vara utsatta för potentiell
erosionsrisk. Exemplet är från ett område med låg naturlig vågexponering
2 -1
(<20 000 m s ).
– 23 –
Avsänkningsmodell
Avsänkningsmodellen resulterade i ett kontinuerligt rasterlager vars
omfattning är beroende av fartygstyp och platsspecifik hastighet samt
mängden öar och skär (Fig. 9). Vi har i denna rapport fokuserat på
maxvärdet av tre undersökta fartygstyper. Resulterande avsänkningsvärden
(dH) har utöver att presenteras som ett raster också hämtats upp till
strandpunkterna för att ge jämförbara mått, som för svall, för all
båtinducerad risk för erosion längs med stranden.
I likhet med svallmodellen klassades strandpunkter över brytvärdet (>0.416
dH) om till hög respektive låg risk beroende på om den naturliga
vågexponeringen var under eller över 20 000 m2s-1.
Figur 9. Exempel på resultat från avsänkningsmodellen.
Avsänkningsmodellen resulterar i ett kontinuerligt raster som ökar med
ingående fartygs deplacement och hastighet. Rastervärdena har också
hämtats upp till strandpunkterna för jämförelse med svallmodellen och
beräkning av potentiellt påverkad strandlinjelängd per vattenförekomst.
Punkter i orange och röd färg var större än brytvärdet (0.416) och visar
därmed områden med potentiell erosionspåverkan medan gröna punkter är
värden lägre än brytvärdet. Exemplet är från ett område med låg naturlig
2 -1
vågexponering (<20 000 m s ).
– 24 –
Hydromorfologisk bedömning per vattenförekomst
För att möjliggöra preliminära bedömningar av statusen hos
kustvattenförekomster med avseende på vågregim behövde modellernas
värden avgränsas i olika klasser med avseende på erosionsrisk samt beakta
den naturliga vågexponeringen. I bedömningen av status har endast
strandpunkter med hög risk för fartygsinducerad erosion använts när det
anges att hänsyn har tagits till naturlig vågexponering, och både hög och låg
risk för fartygsinducerad erosion har använts då ingen hänsyn har tagits till
naturlig vågexponering.
Genom att per vattenförekomst ta antalet strandpunkter med hög risk,
respektive låg och hög risk tillsammans, och multiplicera det antalet med 25
(meter) erhölls längden på potentiellt eroderad strandlinje, för svall och
avsänkning separat samt gemensamt. Klassgränserna för statusbedömningen
erhölls genom att dela den potentiellt eroderade strandlängden med den
totala strandlängden per vattenförekomst. Till underlag för statusbedömning
av vågregim användes klassgränserna 5=0-5%, 4=5-15%, 3=15-35%, 2=3575%, 1>75% (HVMFS 2013:19, tabell 9.3). Vågregim beräknades som av
modellerna potentiellt riskutsatt strandlinjelängd genom total
strandlinjelängd, per vattenförekomst, med och utan hänsyn till naturlig
vågexponering.
Totalt erhölls svall- och avsänkningsvärden i 83 av 130 förekommande
vattenförekomster. Svallinducerad risk för erosion var mer frekvent
förekommande än potentiella avsänkningseffekter, vilket återspeglar den
rumsliga omfattningen av respektive farledstyp. Med hänsyn till naturlig
vågexponering bedömdes totalt 45 vattenförekomster vara av måttlig eller
sämre status och tre vattenförekomster erhöll den sämsta statusklassen
(dålig, Tabell 4). Dessa var belägna i Skurusundet, Lindalssundet och
Eknösundet (Fig. 10). Stränderna i både Skurusundet och Lindalssundet är
främst under risk att påverkas av fartygsinducerade svalleffekter då större
fartyg med synbara avsänkningseffekter inte trafikerar dessa områden.
Anledningen till den dåliga statusen står främst att finna i att det är relativt
små, väl avgränsade områden där trafiken går nära stränderna. Ingen av
områdena har i denna studie besökts i fält, vilket bör göras för en slutlig
bedömning av status. Åtminstone i Skurusundet bedömer vi det troligt att
relativt långa strandsträckor i praktiken löper väldigt låg risk för erosion då
strandens beskaffenhet i stor utsträckning består av branta klippor (pers.
obs.). Gällande Eknösundet är dess södra del trafikerad av både svall- och
avsänkningsskapande båtar då den utgör en del av Sandhamnsleden. Norra
delen är endast trafikerad av svallgenererande båtar, och samtidigt utsatt för
en hög naturlig vågexponering. Vattenförekomsten som helhet är dock utsatt
för ett hårt trafiktryck, och bör vara av intresse att besöka i fält för slutlig
bedömning av status.
– 25 –
Tabell 4. Antal vattenförekomster per statusbedömning och klass, med och
utan hänsyn till naturlig vågexponering, per erosionsmodell och totalt.
Med hänsyn till SWM
Status
Hög
Utan hänsyn till SWM
Klass
dH
SI
Totalt
dH
SI
Totalt
5
58
31
28
56
23
21
God
4
8
12
10
9
17
13
Måttlig
3
9
21
22
10
21
24
Otillfredsställande
2
8
17
20
8
19
22
Dålig
1
0
2
3
0
3
3
Det bör noteras att vid beräkningen av andelen potentiellt påverkad
strandlängd har vattenförekomsternas totala strandlängd använts. Den totala
längden är beräknad från kartunderlag av en grövre, mer generaliserad, skala
än den strandlinje som har använts i modellerna. Detta leder till att längden
per definition är längre för modellernas indata än underlaget för
vattenförekomstens utsträckning, vilket leder till att andelen påverkad strand
delvis överskattas (t.ex. Tolvanen & Kalliola 2008). Definitionsmässiga
skillnader i strandlängd har undersökts i ett fåtal vattenförekomster och
problemet är relativt större då det finns många små öar och mer komplex
strandlinje. Dock bedöms det inte kraftigt påverka resultatet då det rör sig
om cirka ±5% potentiellt påverkad strandlinje.
– 26 –
Figur 10. Statusbedömning med avseende på vågregim. Bedömningen är
baserad på modeller av potentiell erosionsrisk från fartygsinducerade svalloch avsänkningseffekter, samt med hänsyn till naturliga
vågexponeringsförhållanden genom att utesluta stränder med hög naturlig
vågexponering. Bedömningen bör betraktas som preliminär, se text för
diskussion kring detta.
Ytterligare en faktor som bör tas i beaktning innan eventuella åtgärder sätts
in är en bedömning av strandlinjens jordart- och substratsammansättning. I
likhet med Skurusundet är det troligt att vissa strandsträckor som nu är
klassade som potentiellt påverkade av erosion i praktiken består av grövre
eller hårdare sediment som inte är erosionskänsligt. Jordartskartan har i
tidigare studier använts för att avgränsa dessa områden (t.ex. Lindfors 2010),
men har i föreliggande arbete bedömts ha för grov upplösning för att kunna
användas. Vi har istället försökt att åtgärda problemet med överskattning av
potentiellt påverkad strandlinje genom att utesluta stränder med en hög
naturlig vågexponering. Detta bidrog till att ett flertal vattenförekomster, i
– 27 –
framförallt ytterskärgården, har erhållit en mindre andel potentiellt påverkad
strand och därmed högre status än om hänsyn till naturlig vågexponering inte
hade tagits. Ytterligare en begränsning som skulle stärka underlaget är ett
GIS-lager med av människan förändrade och/eller hårdgjorda ytor, vilket i
likhet med naturligt hårdgjorda ytor skulle kunna användas för att begränsa
potentiellt påverkad strandlinje.
Övriga kvalitetsfaktorer
Föreskrifterna för klassificering av ytvattenförekomster anger att det först är
de biologiska kvalitetsfaktorerna som ska bedömas, följt av en
sammanvägning med fysikalisk-kemiska. Om dessa tillsammans resulterar i
hög status ska därutöver hydromorfologiska kvalitetsfaktorer vägas in.
Hydromorfologiska kvalitetsfaktorer kan vidare endast försämra den
ekologiska statusen från hög till god (HVMFS 2013:19, §2). Noterabart är
att inga ytvattenförekomster i Stockholms läns kustområden har hög status
eller potential efter att biologiska och fysikalisk-kemiska kvalitetsfaktorer
vägts samman. Genomförs statusbedömning enligt dessa huvudprinciper
saknar därmed de hydromorfologiska bedömningarna relevans.
Vattenmyndigheten har dock möjlighet att klassificera ytvattenförekomster
till måttlig status eller potential utifrån hydromorfologiska kvalitetsfaktorer
om det saknas biologiska underlag för bedömning och om en utredning visar
att det finns anledning att anta att den ekologiska statusen motsvarar den
hydromorfologiska bedömningen (HVMFS 2013:19, § 12). Vidare har
Vattenmyndigheten möjlighet att göra expertbedömningar där enskilda
kvalitetsfaktorer vägs in (HVMFS 2013:19, § 13), vilket bedöms ligga
utanför uppdraget för denna rapport.
Fortsatt arbete
Av det två utvecklade modellerna har avsänkningsmodellen störst potential
för vidareutveckling. Då avsänkningsmodellen specifikt utformades för att
vara tillämpbar över stora områden, såsom vattenområden av länsstorlek,
innebar det en rad förenklingar. I nuläget inbegriper beräkningarna
variationen i fartygens hastighet längs med farleden samt beaktar olika
båttyper (storlekar). Genom att algoritmen är pixelbaserad tas närheten till
farleden med i beräkningarna, samt i viss mån även den topografiska
öppenheten i det tvådimensionella landskapet. Då djupet (bottentopografin)
inte ingår i den nuvarande versionen av avsänkningsmodellen har volymen
på det vatten som avsänks inte kunnat beräknats. Modellen har i nuläget
istället utgått från den vattenhöjning som sker vid fartygets bog, och hur den
avtar horisontellt (längs med vattenytan). Ett beaktande av djupet skulle
möjliggöra en mer finskalig beskrivning av effekterna i trånga sund och över
svagt sluttande bottnar och stränder eftersom man då skulle kunna ta hänsyn
till hela volymen på den undanträngda vattenmassan, och hur den fördelar
sig både horisontellt och vertikalt. En sådan vidareutveckling av
avsänkningsmodellen skulle också göra det möjligt att analysera fartygens
– 28 –
riktning (d.v.s. inåtgående resp. utåtgående farledstrafik), vilket i nuläget har
förenklats till att ha samma effekt. Inte heller friktionskrafter är direkt
kvantifierade i beräkningarna men ingår däremot kvalitativt i och med den
avklingningsfaktor som tillämpas på förflyttningen från en pixel till en
annan. Flexibiliteten i modellen är relativt hög och kräver som indata en
farledssträckning inklusive hastighet och fartygstyp för den aktuella
körningen. Det har argumenterats för att vågbildning inte är direkt kopplad
till fartygs deplacement och fart, utan snarare skrovets egenskaper (Granath
2007), vilket skulle motsäga den generalitet som föreliggande rapport visat
fungerar. Det vore därför av intresse att undersöka möjligheterna till en mer
detaljerad modellbild av specifika fartygs avsänkningseffekter, vilket skulle
möjliggöras av fler fartygs- och platsspecifika mätningar samt
kompletterande modellkörningar. I samband med en eventuell uppföljning
bör även behovet och möjligheterna att ta hänsyn till den tredimensionella
undervattenstopografin beaktas.
Referenser
Bekkby, T. & M. Isæus. 2008. Mapping large, shallow inlets and bays: modelling a
Natura 2000 habitat with digital terrain and wave-exposure models. ICES Journal of
Marine Science 65:238-241.
Bekkby, T., E. Rinde, L. Erikstad, V. Bakkestuen, O. Longva, O. Christensen, M.
Isæus & P. E. Isachsen. 2008. Spatial probability modelling of eelgrass (Zostera
marina) distribution on the west coast of Norway. ICES Journal of Marine Science
65:1093-1101.
Bekkby, T., E. Rinde, L. Erikstad & V. Bakkestuen. 2009. Spatial predictive
distribution modelling of the kelp species Laminaria hyperborea. ICES Journal of
Marine Science 66:2106-2115.
Bergström, U., G. Sundblad, A.-L. Downie, M. Snickars, C. Boström & M.
Lindegarth. 2013. Evaluating eutrophication management scenarios in the Baltic Sea
using species distribution modelling. Journal of Applied Ecology 50:680-690.
Collinder, P. 1954. Skärgårdens farleder (34 s). Ur ”Stockholms skärgård”, red. Av
Sten Selander. (Esselte AB 1954). Cited in Granath L. 1992. Farledsstränders
erosionskänslighet – inventering av strandtyper och skador i Stockholms skärgård.
Länsstyrelsen i Stockholms län, rapport 1992:10.
Daleke, O., H. Hedström & K. Nissar. 1989. Fartygstrafikens miljöeffekter i
skärgården – stranderosion. Rapport nr 1989:4 Länsstyrelsen i Stockholms län 1989.
Eriksson, B. K., A. Sandström, M. Isæus, H. Schreiber & P. Karås. 2004. Effects of
boating activities on aquatic vegetation in the Stockholm archipelago, Baltic Sea.
Estuarine, Coastal and Shelf Science 61:339-349.
Florin, A.-B., G. Sundblad & U. Bergström. 2009. Characterisation of juvenile
flatfish habitats in the Baltic Sea. Estuarine, Coastal and Shelf Science 82:294-300.
Granath, L. 1992. Farledsstränders erosionskänslighet – inventering av strandtyper
och skador i Stockholms skärgård. Länsstyrelsen i Stockholms län, rapport 1992:10.
– 29 –
Granath, L. 2004. Fartygstrafik och stranderosion i Stockholms skärgård.
Länsstyrelsen i Stockholms län, rapport 2004:19.
Granath, L. 2007. Stranderosionsrisker i samband med anlöp av ”Navigator of the
Seas”. Rapport 2007-08-30 Hydrographica.
Granath, L. 2013. Erosionsskador i Furusundsleden 2000-2013. Utredning om
utveckling, orsaker och möjliga åtgärder. Rapport 2013-11-12 Hydrographica.
Havs- och vattenmyndighetens föreskrifter om klassificering och
miljökvalitetsnormer avseende ytvatten. HVMFS 2013:19
Isæus, M. 2004. Factors structuring Fucus communities at open and complex
coastlines in the Baltic Sea. Doktorsavhandling, Botaniska Institutionen, Stockholms
universitet. 35 p.
Lindfors, S. 2010. Båtars vågor väcker frågor – stranderosion i Stockholms
mellanskärgård. Länsstyrelsen i Stockholms län, rapport 2010:22.
Lindholm, T., M. Svartström, L. Spoof & J. Meriluoto. 2001. Effects of ship traffic
on archipelago waters off the Långnäs harbour in Åland, SW Finland.
Hydrobiologia 444:217-225.
Nam, P. T., M. Larson, H. Hanson & L. X. Hoan. 2009. A numerical model of
nearshore waves, currents, and sediment transport. Coastal Engineering, 56:10841096.
Nanson, G. C., A. von Krusenstierna, E. A. Bryant & M. R. Renilson. 2006.
Experimental measurements of river-bank erosion caused by boat-generated waves
on the gordon river, Tasmania. Regulated Rivers: Research & Management 9(1),
1:14.
Numi, M. 2012. GIS-modellering av fartygsorsakat undervattensbuller och
svallvågor. Examensarbete för Yrkeshögskolan Novia, Utbildningsprogrammet för
Miljöplanering, Raseborg 2012, p 61.
Nyström Sandman, A., T. Didrikas, C. Enhus, K. Florén, M. Isaeus, I. Nordemar , A.
Nikolopoulos, G. Sundblad, K. Svanberg & N. Wijkmark, 2013: Marin Modellering
i Stockholms län, AquaBiota Report 2013:10.
Sandström, A., B. K. Eriksson, P. Karås, M. Isæus & H. Schreiber. 2005. Boating
and navigation activities influence the recruitment of fish in a Baltic Sea archipelago
area. Ambio 34:125-130.
Snickars, M., G. Sundblad, A. Sandström, L. Ljunggren, U. Bergström, G.
Johansson & J. Mattila. 2010. Habitat selectivity of substrate-spawning fish:
modelling requirements for the Eurasian perch Perca fluviatilis. Marine Ecology
Progress Series 398:235-243.
Sundblad, G., M. Härmä, A. Lappalainen, L. Urho & U. Bergström. 2009.
Transferability of predictive fish distribution models in two coastal systems.
Estuarine, Coastal and Shelf Science 83:90-96.
Sundblad, G., U. Bergström & A. Sandström. 2011. Ecological coherence of marine
protected area networks: a spatial assessment using species distribution models.
Journal of Applied Ecology 48:112-120.
– 30 –
Sundblad, G., T. Bekkby, M. Isæus, A. Nikolopoulos, K. M. Norderhaug & E.
Rinde. 2014. Comparing the ecological relevance of four wave exposure models.
Estuarine, Coastal and Shelf Science 140:7-13.
Sundblad, G. & U. Bergström. 2014. Shoreline development and degradation of
coastal fish reproduction habitats. Ambio 43:1020-1028.
Sundblad, G., U. Bergström, A. Sandström & P. Eklöv. 2014. Nursery habitat
availability limits adult stock sizes of predatory coastal fish. ICES Journal of Marine
Science 71:672-680.
Thomas, M. L. H. 1986. A physically derived exposure index for marine shorelines.
Ophelia 25:1-13.
Tolvanen, H. & R. Kalliola. 2008. A structured approach to geographical
information in coastal research and management. Ocean & Coastal Management
51:485-494.
Westerbom, M. & S. Jattu. 2006. Effects of wave exposure on the sublittoral
distribution of blue mussels Mytilus edulis in a heterogeneous archipelago. Marine
Ecology Progress Series 306:191-200.
Wijkmark, N. & M. Isaeus. 2010. Wave exposure calculations for the Baltic Sea.
AquaBiota Report 2010:2.
– 31 –
BILAGA 1
Hydromorfologisk statusbedömning enligt utarbetad modell:
– 32 –
BILAGA 2
Lista över levererade resultatfiler utöver föreliggande rapport:
-
Excelfil: Stranderosion_resultatleverans_AqB.xlsx
-
Rasterlager avsänkningsmodell:
-
o
Resultat per fartygstyp (t1,t2,t3)
o
Maxvärdet av de tre fartygstyperna
Shapefiler avsänkningsmodell:
o
Polygon för ytan över tröskelvärdet (predikterat
påverkansområde)
– 33 –